PT1606554E

PT1606554E - Método e dispositivo para reduzir a poluição resultante dos gases de combustão

Info

Publication number: PT1606554E
Application number: PT04722633T
Authority: PT
Inventors: Valerio Abate; Alberto Conti; Maria Michela Bianchi
Original assignee: Nonox Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2008-03-24
Also published as: EP1606554B1; EP1606554A2; CY1107185T1; ES2298737T3; ATE377735T1; DE602004009898D1; WO2004085032A2; PL1606554T3; WO2004085032A3; US20060011112A1; DE602004009898T2

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO E DISPOSITIVO PARA REDUZIR A POLUIÇÃO RESULTANTE DOS GASES DE COMBUSTÃO” A invenção agora descrita diz respeito a um método e a um aparelho concebido para a sua execução, com o objectivo de reduzir e/ou eliminar os componentes poluentes dos fumos de combustão emitidos por um gerador térmico, havendo pelo menos uma câmara de combustão e pelo menos uma chaminé, sendo essa chaminé utilizada para encaminhar os fumos do volume interior para o volume exterior da referida câmara de combustão, compreendendo tal método os passos seguintes: regular o valor da pressão dos fumos dentro de um intervalo predefinido, pelo menos numa secção da referida chaminé; separar os poluentes gasosos, pelo menos numa secção da referida chaminé.

Um dos problemas principais dos nossos dias nas cidades e vilas muito populosas é a poluição atmosférica. A poluição atmosférica é provocada simultaneamente por substâncias misturadas com o ar e por substâncias que modificam os componentes naturais do ar. Todas estas substâncias são vulgarmente designadas por poluentes. Assim, temos duas famílias de poluentes: os poluentes directos e os poluentes indirectos.

Os poluentes directos são divididos, tipicamente, em poluentes gasosos e poluentes sólidos. Como exemplos de poluentes directos refere-se as substâncias capazes de modificar o oxigénio do ar, fazendo com que este passe do seu estado molecular biatómico para um estado modificado triatómico (designado ozono). Esta transformação é provocada pelos fumos de combustão.

Com o intuito de reduzir a poluição e os danos com ela relacionados, os inventores identificaram fontes de poluição e 1 consequentemente foi definida uma intervenção tecnológica adequada para cada uma dessas fontes. Todas as fontes de poluição são aquelas que emitem partículas gasosas e sólidas para a atmosfera, quer sejam veículos, edifícios residenciais ou instalações industriais.

As soluções utilizadas para reduzir os poluentes libertados no ar e os seus efeitos sobre a saúde são diferentes, consoante o tipo da fonte de poluição, o tipo de poluente e o período histórico.

Inicialmente a atenção recaia sobre a redução de alguns poluentes provenientes de instalações industriais; ver, por exemplo, a patente de invenção norte-americana n° 5 879 645 que descreve um catalizador e o método a ele associado para reduzir os óxidos de azoto das emissões industriais. O termo 'emissões' designa, principalmente, os fumos de combustão.

Em consequência, foi aplicada uma solução semelhante num domínio diferente, por exemplo, aos veículos, concretamente viaturas ligeiras, viaturas pesadas, etc..

Na realidade, de acordo com a patente de invenção norte--americana n° 5 879 645, aplica-se um catalisador e o método a ele associado, de acordo com o mesmo esquema, aos gases de escape dos veículos. A introdução de panelas de escape com catalisadores permitiu reduzir drasticamente os poluentes emitidos por veículos.

Contudo, verificou-se que todas estas soluções capazes de reduzir os poluentes e as emissões de instalações industriais e dos veículos com motores de combustão interna não eram suficientes para reduzir a poluição, especialmente nas grandes cidades.

Conforme dissemos logo no inicio, também é necessário reduzir os poluentes emitidos por edifícios residenciais. A densidade residencial contribui bastante para as emissões poluentes da atmosfera, sobretudo devido aos sistemas de 2 aquecimento e aos sistemas de produção de água quente instalados em escritórios e edifícios residenciais.

Assim, a redução de emissões está relacionada essencialmente com a redução de poluentes directamente na fonte, mediante a introdução de dispositivos dedicados. Para se conseguir vantagens nítidas é necessário instalar tais sistemas redutores da poluição na maior parte dos veículos e dos edifícios residenciais. Presentemente, a maioria dos países desenvolvidos tem regulamentos que obrigam os construtores de automóveis a vender viaturas equipadas com dispositivos de redução das emissões de gases, para satisfazer objectivos concretos de redução. O período médio de vida útil de um automóvel faz com que seja possível que a maior parte dos veículos em circulação, que não tenham instalados tais dispositivos, sejam substituídos por veículos novos com baixo teor de emissões, actualmente existentes. Infelizmente, nos edifícios residenciais a situação é diferente; o período médio de vida útil de um edifício residencial é tão longa quando comparada com a de um automóvel que não é possível imaginar, mesmo no caso de haver regulamentos semelhantes aos da indústria automóvel, uma substituição rápida dos dispositivos existentes por novos dispositivos com perfis de emissões reduzidas. Em tal caso, as soluções preconizadas para os edifícios residenciais deveriam ser: facilidade de instalação nos edifícios existentes, um custo diminuto para que não houvesse um grande impacto económico sobre os donos dos edifícios, uma duração por um período comparável ao período médio de manutenção dos edifícios e com um programa temporal idêntico. O período médio de duração previsto para os componentes obsoletos é um parâmetro importante; este período é consideravelmente grande na construção civil, comparativamente com a indústria automóvel, sendo realmente maís interessantes e de menor impacto as soluções de renovação do material circulante do que aquelas que exijam reconstruções completas. 3

Cada país aplica regulamentos de segurança e saúde relacionados com a segurança industrial, especialmente no caso de incêndio ou explosão. Numa instalação industrial é necessário recorrer a dispositivos catalíticos para regimes térmicos de altas temperaturas. As altas temperaturas são alcançadas queimando gás, gasolina, gasóleo e outros combustíveis. Num edifício habitacional as modificações necessárias para esse tipo de dispositivos são normalmente incompatíveis com a tipologia dos compartimentos existentes ou exigem modificações do meio envolvente para satisfazer os regulamentos relativos a incêndios e segurança, especialmente os regulamentos contra explosões, no caso do gás.

Para ambientes fechados são já conhecidos dispositivos para melhorar a qualidade do ar, os quais aspiram o ar do exterior, alterando química e mecanicamente as suas propriedades, e bombeiam esse ar para dentro dos edifícios ou dos veículos. 0 documento DE 196 27 028 A (DEUTZ AG) descreve um método e um dispositivo para reduzir os poluentes nos gases de escape produzidos pela combustão num aparelho de aquecimento para um edifício de habitação (moradia ou prédio), possuindo esse dispositivo uma câmara de combustão, uma chaminé fixa, um mecanismo para regular a pressão dos gases de combustão que passam pela chaminé, um mecanismo para remover os poluentes gasosos e um mecanismo para separar os poluentes constituídos por pequeníssimas partículas, constituído por um filtro cerâmico poroso que pode ser aquecido por um elemento calefactor eléctrico para queimar as partículas de fuligem retidas e regenerar assim o filtro. A presente invenção tem por objecto proporcionar um método e o dispositivo com ele relacionado para a redução e/ou eliminação dos poluentes dos gases das explosões produzidas pela combustão em geradores térmicos, o qual deve ser facilmente instalável nos 4 edifícios existentes, deve ser de baixo custo e deve ser facilmente configurável e/ou personalizável. A presente invenção também tem por objecto proporcionar um método e o dispositivo com ele relacionado para reduzir e/ou eliminar os poluentes num equipamento exclusivamente concebido para tal fim, para reduzir e/ou eliminar os componentes poluentes dos gases das emissões de combustão em geradores térmicos, compreendendo esse equipamento pelo menos uma câmara de combustão e pelo menos uma chaminé fixa, sendo a chaminé utilizada para encaminhar os gases do volume interior para o volume exterior na referida câmara de combustão, compreendendo os passos que consistem em regular o valor da pressão dos gases de combustão num intervalo predefinido, pelo menos numa secção da referida chaminé, e separar os gases poluentes, pelo menos numa secção da referida chaminé. A presente invenção tem ainda por objecto proporcionar um método e o dispositivo com ele relacionado para reduzir e/ou eliminar os poluentes num equipamento exclusivamente concebido para tal fim, para reduzir e/ou eliminar os componentes poluentes dos gases das emissões de combustão em geradores térmicos, compreendendo esse equipamento pelo menos uma câmara de combustão e pelo menos uma chaminé fixa, sendo a chaminé utilizada para encaminhar os gases do volume interior para o volume exterior na referida câmara de combustão, possuindo primeiros dispositivos para regular a pressão num intervalo predefinido, segundos dispositivos para separar os poluentes gasosos, pelo menos numa secção da chaminé, e terceiros dispositivos para separar os poluentes sólidos, pelo menos numa secção da chaminé. O método e o equipamento descritos para reduzir completamente todos os tipos de poluentes existentes nos gases de combustão de geradores térmicos é aplicável a qualquer tipo de sistema de combustão que utilize diferentes combustíveis líquidos, tais como 5 petróleo, óleos de aquecimento, gasóleo ou gases combustíveis, tais como metano, GPL, etc.. A presente invenção tem por objecto proporcionar um método e o dispositivo com ele relacionado para reduzir e/ou eliminar os poluentes num equipamento exclusivamente concebido para tal fim, para reduzir e/ou eliminar os componentes poluentes dos gases das emissões de combustão em geradores térmicos, compreendendo esse equipamento pelo menos uma câmara de combustão e pelo menos uma chaminé fixa, sendo a chaminé utilizada para encaminhar os gases do volume interior para o volume exterior na referida câmara de combustão, caracterizados pelo facto de o primeiro, o segundo e o terceiro dispositivos serem configuráveis de acordo com um conjunto de parâmetros, com a finalidade de reduzir e/ou eliminar os poluentes existentes no gases de combustão.

Este conjunto de parâmetros compreende, por exemplo, as condições de trabalho, tais como a temperatura exterior, a humidade, a posição dos componentes do dispositivo de acordo com a presente invenção, etc., o tipo de combustível ou combustíveis queimados, no caso de uma única chaminé que sirva duas câmaras de combustão diferentes que estejam a utilizar combustíveis diferentes, e as suas percentagens de utilização. Esta situação pode ocorrer numa habitação quando a unidade geradora de calor se encontra a trabalhar simultaneamente com uma lareira. A presente invenção poderia ser aplicada, de forma vantajosa, a caloríferos e a novas unidades geradoras de calor, especialmente aquelas em que há um caudal de ar forçado e não há uma aspiração livre do ar.

De acordo com uma outra variante da presente invenção, esta descreve um equipamento e o método a ele associado para reduzir e/ou eliminar os poluentes num equipamento exclusivamente concebido para tal fim, para reduzir e/ou eliminar os componentes poluentes dos gases das emissões de combustão em geradores térmicos, compreendendo esse equipamento pelo menos uma câmara de combustão e pelo menos uma 6 chaminé fixa, sendo a chaminé utilizada para encaminhar os gases do volume interior para o volume exterior na referida câmara de combustão, caracterizados pelo facto de os referidos primeiro, segundo e terceiro dispositivos serem modulares, com o intuito de se reduzir os custos e de facilitar a instalação, eventualmente construídos segundo a vontade do cliente e também para tornar a manutenção mais fácil. Além disso, os referidos primeiros, segundo e terceiro dispositivos estão incorporados na chaminé fixa. A figura 1 representa um esquema de aquecimento residencial de acordo com a presente invenção. A figura 2 representa uma chaminé de acordo com uma configuração da presente invenção. A figura 3 representa uma chaminé de acordo com uma configuração da presente invenção. A figura 4 representa uma chaminé de acordo com uma configuração da presente invenção. A figura 1 ilustra um exemplo do sistema aplicado a um aquecimento residencial, incluindo um gerador térmico 1 de combustão de tipo conhecido, tipicamente montado dentro da própria habitação, ligado a um equipamento 6 que fornece o combustível 7 e a uma chaminé 2 com aptidão para encaminhar os gases de combustão produzidos pelo gerador térmico 1 para o exterior da habitação através de um equipamento 12 para reduzir e/ou eliminar os poluentes existentes nos gases de combustão produzidos pelo gerador térmico 1, a qual possui uma entrada 16 e uma saída 17. 0 gerador térmico 1 possui uma câmara de combustão 5 para queimar o combustível 7 para gerar calor e um sistema de ligação 8 para ligar a chaminé 2 â câmara de combustão 5. O combustível 7 é introduzido na câmara de combustão pelo equipamento 6.

De uma forma típica, a chaminé 2 termina numa outra conduta 3 que possui um dispositivo 4 concebido para facilitar a emissão e a diluição dos gases de combustão na atmosfera. 7 A chaminé 2 possui uma primeira parte 9 que dispõe de uma primeira extremidades 10 e de uma segunda extremidade 11 e possui uma segunda parte 13 que dispõe de uma primeira extremidade 14 e de uma segunda extremidade 15. A primeira parte 9 da chaminé 2 está ligada à primeira extremidade 10 do sistema de ligação 8 e está ligada à segunda extremidade 11 da entrada 16 do equipamento 12. A segunda parte 13 da chaminé 2 está ligada à primeira extremidade 14 da saída 17 do equipamento 12 e com a segunda extremidade 15 à conduta vertical 3, incluindo eventualmente o dispositivo 4.

De acordo com uma variante preferencial, a primeira parte 9 está totalmente contida dentro da habitação, ao passo que a segunda parte 13 fica fora da habitação, por baixo do telhado e sobre o telhado. 0 equipamento 12, de acordo com a presente configuração, poderia ficar fora da habitação ou eventualmente, por baixo do telhado; contudo, são possíveis inúmeras configurações em que a entrada 16 fica dentro da habitação e a saída 17 fica fora da habitação, no telhado ou então por baixo do telhado, até mesmo no espaço reservado à unidade de aquecimento. A figura 2 representa um diagrama de blocos de uma configuração possível do equipamento 12, incluindo a entrada 16 para os gases provenientes da câmara de combustão e que passam pela secção 9 da chaminé e a saída 17 para conduzir os gases de combustão na segunda parte 13 da própria chaminé 2. A partir da entrada 16 saem duas condutas, uma primeira conduta 18 e uma segunda conduta 19. A primeira conduta 18 liga directamente a entrada 16 à saída 17. A segunda conduta 19 compreende um dispositivo 24 de controlo de caudal, um filtro 20 para filtrar os poluentes sólidos, um dispositivo 20 ligado ao dispositivo 21 de controlo do caudal para manter a pressão dos gases de combustão numa secção da conduta 19 dentro de um intervalo de valores predefinidos, um dispositivo 22 para a regulação automática da temperatura dos gases de combustão e um filtro 23 8 para a decomposição dos poluentes gasosos. A segunda conduta 19 está ligada em paralelo à primeira conduta 18, entre a entrada 16 e a saída 17.

Além disso, o equipamento 12 dispõe de um sistema 25 de comando electrõnico que compreende uma unidade central capaz de regular o funcionamento de todos os componentes do sistema para o aquecimento de uma habitação, de acordo com a presente invenção. O dispositivo 24 de comando do caudal pode ser concebido, por exemplo, como uma válvula de corrediça ou uma válvula estranguladora, e irá permitir fazer o comando da quantidade de gases de combustão que entram na conduta 19 e para regular, através do dispositivo 24, a pressão dos gases de combustão na conduta 19. O dispositivo 24 de regulação do caudal é activado pela diferença de pressão entre a conduta 18 e a conduta 19. O filtro 20 para filtrar os sólidos dos gases de combustão é constituído por dois blocos diferentes ou, se possível, por um único bloco integrado. Qualquer filtro capaz de separar poluentes sólidos, tais como partículas, fumos e ar em geral poderia ser o filtro 20. Há uma grande desvantagem gerada pela utilização de um filtro de partículas, em que se recorre às forças de inércia geradas pelo movimento de partículas para deslocar partículas para fora da corrente de ar que transporta as próprias partículas, por exemplo, um ciclone ou um sistema semelhante. Ver, por exemplo, a patente de invenção norte-americana n° 4 895 707; Kuhn, Michael; Jan. 23, 1990; "Soot burn-off filter for diesel engines"; Daimler-Benz Aktiengesellschaft. No caso de o objectivo ser o de separar partículas que constituem os poluentes sólidos, tendo em consideração a sua natureza e dimensões, poder-se-ia utilizar um filtro por gravidade; ver, por exemplo a patente de invenção norte-americana n° 5 294 002; Moses, Darcy; Mar. 15, 19 94; "Air separator with spiral staves"; Crown Iron

Works Company. De acordo com uma outra variante, é possível instalar um filtro de efeito de Coanda; ver, por exemplo, a 9 patente de invenção S.U. A.C. 939079; Borodulya; Jul. 05, 1982; "Method of contaminating particles ín gas j ets"; Minsk Motor Works and Institute of Heat-and Mass transfer Lynkov.

No caso de ser útil separar por filtração partículas mais finas, tal como no caso em que é utilizado combustível gasoso 7, por exemplo, o metano, poderia ser conveniente aplicar um filtro acústico 20; ver, por exemplo, a patente de invenção norte-americana n° 5 085 783; Feke, et al.; Feb. 4, 1992; "Acoustically driven particle separation method and apparatus"; case Western Reserve University.

Em qualquer caso, é necessário, se estivermos perante um sistema de combustão tradicional, acelerar a corrente de gases de combustão para gerar uma aceleração suficiente para separar as partículas transportadas. A unidade de pressurização capaz de regular a pressão dentro da conduta 19, que opera conjuntamente com o regulador 24 de caudal, constitui o dispositivo 21. O sistema de pressurização poderia mesmo ser um dispositivo de êmbolo a trabalhar a um ritmo de baixas rotações. Em alternativa, há sistemas melhores, tais como as bombas centrífugas ou os sistemas em que são utilizadas vibrações ou choques (isto é, ultra-sons) para aumentar a velocidade nas cavidades do catalisador, conforme adiante descrito. Tais dispositivos poderiam ser utilizados para criar, dentro da conduta 19, secções em que a pressão dos gases de combustão fosse inferior à observada na conduta 18. O filtro 23 para filtrar os poluentes gasosos compreende um catalisador do tipo conhecido para a purificação de fumos. A expressão que descreve a velocidade de reacção catalítica (v) é a seguinte:

Ea v = Ak0e RT CxCa 10 em que: v - é a velocidade de reacção catalítica, mol.m~3. s'1 A - é a superfície catalítica, m2 k0 - é o factor pré-exponencial, m.mol^.s'1 E,, - é a energia de activação da reacção catalítica, J/mol (joule por mole) R - é a constante universal dos gases perfeitos, 8,314 J/(mol.K)

T - é a temperatura em °K

Ci - é a concentração do reagente 1, mol.ra'3' C2 - e a concentração do reagente 2, mol.m"3

Como exemplo de valores numéricos utilizáveis na equação anterior, ver, por exemplo, a obra de Bremer, H., e K. Wendland. Heterogene Katalyse. Berlin: Academie-Verlag, 1981. ou, em alternativa, a patente de invenção norte-americana n° 5 591 414; Jacob, Eberhard, et al. , Jan. 7, 1997 ; "Sorptive catalyst for the sorptive and oxidative cleaning of exhaust gases from diesel engines"; MAN Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft. De acordo com a equação, o problema principal é a regulação correcta da temperatura e a superfície de contacto entre o gás e o catalisador sólido. É possível utilizar um sistema de catalisadores económicos ou um catalisador feito a partir de metais nobres em que são utilizados metais de transição específicos; ver, por exemplo, a patente de invenção norte-americana n° 5 591 414: Jacob, Eberhard, et al.; Jan. 7, 1997; "Sorptive catalyst for the sorptive and oxidative cleaning of exhaust gases from diesel engines"; MAN Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft.

Estes tipos de catalisadores, em que são utilizados metais nobres, permitem temperaturas de escape menores e consequentemente permitem um menor consumo de energia e custos de realização inferiores para os componentes que constituem o equipamento 12. Há uma grande variedade de soluções conhecidas para produzir catalisadores com materiais diferentes e processos de realização para aumentar a eficiência de conversão, sendo necessário, em 11 todos os casos, um controlo exacto da temperatura de trabalho, uma vez que a uma temperatura baixa não conseguem eliminar e/ou reduzir todos os poluentes de tipo gasoso e por vezes desactivam o substrato. No caso dos gases de combustão a baixa temperatura, tais como os gerados nos edifícios habitacionais, é obrigatório controlar a temperatura e a pressão. A temperatura é controlada para que haja o comportamento supramencionado, a pressão para se restabelecer as perdas de pressão e para manter a combustão. As perdas de pressão são devidas as catalisadores e aos filtros. 0 dispositivo 22 para a regulação automática da temperatura dos gases de combustão compreende pelo menos um elemento metálico dentro da conduta 19, que é uma bobina de indução ligada a uma unidade que fornece energia eléctrica. A característica destes elementos metálicos é o facto de possuírem um ponto de Curie pré-definido, de acordo com o ponto óptimo de funcionamento do filtro catalítico 23. A bobina de indução é feita de tal maneira que conduz corrente alternada até que os elementos metálicos atinjam o seu ponto de Curie; acima desta temperatura, o sistema deixa de induzir corrente, uma vez que perde as suas propriedades magnéticas. Se os gases de combustão estiverem a uma temperatura superior à necessária pelo catalisador, o sistema fica naturalmente inactivo e não absorve corrente eléctrica.

Numa primeira representação do equipamento 12, ilustrada na figura 2, a segunda conduta 19 compreende, por ordem a contar da entrada 16 até à saída 17, o dispositivo 24 de regulação do caudal, o filtro 20 de partículas sólidas, o dispositivo 21 funcionalmente ligado ao dispositivo 24 para regular o caudal para manter a pressão dos gases de combustão na conduta 19 nas condições de funcionamento predefinidas, o dispositivo 22 de regulação da temperatura dos gases de combustão e um filtro catalítico 23 para os poluentes gasosos. 12

De acordo com uma segunda representação do equipamento 12, ilustrada na figura 3, a segunda conduta 19 compreende, por ordem a contar desde a entrada 16 até à saída 17, o dispositivo 24 de regulação do caudal, o dispositivo 22 de regulação da temperatura dos gases de combustão, o filtro 20 de partículas sólidas, o dispositivo 21 funcionalmente ligado ao dispositivo 24 de regulação do caudal para manter a pressão dos gases de combustão na conduta 19 nas condições de funcionamento predefinidas e um filtro catalítico 23 para os poluentes gasosos.

De acordo com uma terceira representação do equipamento 12, ilustrada na figura 4, a segunda conduta 19 compreende, por ordem a contar desde a entrada 16 até à saída 17, o dispositivo 24 de regulação do caudal, o dispositivo 22 de regulação da temperatura dos gases de combustão, o filtro 20 de partículas sólidas, um filtro catalítico 23 para os poluentes gasosos e o dispositivo 21 funcionalmente ligado ao dispositivo 24 de regulação do caudal para manter a pressão dos gases de combustão na conduta 19 nas condições funcionais predefinidas.

De acordo com uma outra representação, não ilustrada aqui, o dispositivo automático de regulação da temperatura poderia estar integrado no dispositivo 21.

De acordo com uma variante possível das configurações supramencionadas, não ilustrada nas figuras, insere-se um outro dispositivo de regulação 26 ao longo da conduta 19, antes da saída 17 e a seguir ao filtro 20 e depois do filtro 22. O dispositivo 26 de regulação do caudal consegue interromper o fluxo de gases de combustão curto-circuitando e/ou reintroduzindo a montante o caudal de gases de combustão através da conduta 18. O equipamento 12 poderia ser montado fisicamente em configurações diferentes e com os componentes segundo uma ordem diferente daquela que foi aqui descrita, sem que houvesse afastamento do objecto da presente invenção. 13 O equipamento 12 poderia ser ligado vantajosamente à extremidade final da chaminé, de modo a simplificar ao máximo a instalação em unidades de aquecimento pré-existentes.

Relativamente à primeira configuração ilustrada na figura 2, quando todo o sistema se encontra em funcionamento, os gases de combustão do combustível 7 dentro da câmara de combustão 5 são enviados pela conduta 2 para o equipamento 12. Quando o equipamento 12 se encontra em funcionamento, os gases de combustão são encaminhados na conduta 19 pelo dispositivo 24 de regulação do caudal e são enviados para o filtro 20 onde tem lugar a filtração dos poluentes sólidos. No filtro 20 tem lugar a separação das partículas, havendo assim uma perda de massa no caudal, produzindo uma perda de pressão. Além disso, o desvio do caudal através do catalisador, considerando que o filtro 23 poderia assumir, em determinadas configurações, a forma de um cartucho catalisador, produz perdas de pressão não aceitáveis para sistemas de combustão em edifícios; é necessário introduzir um elemento para repor a pressão no circuito, de modo a permitir que os gases de combustão sejam libertados para a atmosfera. Para se manter a pressão a um nível constante dentro da conduta 19, existe um dispositivo 21 funcionalmente ligado ao dispositivo 24 de regulação do caudal. O dispositivo 24 de regulação do caudal permite que os gases de combustão passem pelo dispositivo 12 de acordo com a quantidade desses gases de combustão produzidos na câmara de combustão 5, fazendo com que deixe de haver qualquer associação entre a pressão dos gases de combustão da conduta 19 e a pressão dos gases de combustão na primeira parte 10 da conduta vertical 2. Na configuração em que está previsto o dispositivo 26 de regulação do caudal, esta desassociação é realizada mesmo entre a parte 19 e a segunda parte 11 da conduta. O dispositivo 21 é feito de tal modo que define a pressão num intervalo de valores de funcionamento 14 predeterminados, correspondendo esse intervalo a um dos valores óptimos para o filtro 23,

Numa das soluções propostas para o método da presente invenção, utiliza-se um compressor de êmbolo de baixas rotações, com duas vantagens, sendo uma o facto de a pressão dos gases de combustão ser suficiente para passar através do catalisador, com uma energia suficiente à entrada ou à saída para gerar a separação das partículas de acordo com o método supramencionado, e a de aumentar a temperatura devido ao trabalho mecânico. Normalmente, o aumento de temperatura devido à compressão do gás é um inconveniente; nesta aplicação particular, é uma vantagem inovadora da presente solução.

Contudo, a solução adoptada utiliza um compressor centrífugo com uma solução de concepção específica para ser um dispositivo interface e um dispositivo de ligação mecânica capaz de desligar termicamente o motor eléctrico do volante do compressor. Este aspecto é invulgar, uma vez que os produtos existentes no mercado para bombear gases quentes (isto é, 200-300 e 400°C, também) são do tipo axial ou não são objecto de ligação directa e por tal motivo são mais dispendiosos e as avarias são mais frequentes.

De uma forma típica, o filtro 23 trabalha com uma pressão óptima e com uma temperatura óptima, pelo que os gases de combustão são aquecidos ou arrefecidos através do dispositivo 22, havendo uma regulação automática da temperatura dos gases de combustão. 0 dispositivo 22 poderia ficar localizado em qualquer lugar ao longo da conduta 19, ao mesmo tempo que é capaz de regular a temperatura óptima de funcionamento, tanto para o filtro 23 como para o filtro 20. Esta temperatura de trabalho está compreendida normalmente entre 100 e 6000C; de acordo com uma solução óptima, esta temperatura de trabalho está compreendida entre 100 e 300°C. Em particular, nas condições a 15 seguir enunciadas, a temperatura está compreendida entre 160 e 210°C (de preferência é igual a 200°C): • a introdução de um componente de ródio no material catalisador aumenta a redução de poluentes, especialmente de óxidos de azoto, mesmo a uma baixa temperatura, próximo do catalisador, • a diferença de pressão por entre o catalisador está compreendida entre 70 e 120 mmH20, • a velocidade média dos gases de combustão está compreendida entre 1,2 e 1,6 m/s.

Estas condições permitem evitar a introdução do dispositivo 22. Dentro do filtro 23, numa variante alternativa do dispositivo 12, incluindo um catalisador como filtro 23, poderia ter lugar uma reacção catalítica e a composição dos gases de combustão poderia variar conforme descrito antes, com uma pequena redução de massa. Neste ponto, os gases de combustão são enviados através da saída 17 na segunda metade da conduta 11 e são libertados na atmosfera.

Em situações de emergência, ou durante a manutenção do equipamento 12, é possível activar o regulador de caudal 24 para enviar os gases de combustão totalmente através da conduta 18 e permitir assim que o termorregulador funcione mesmo no caso de avaria do equipamento 12, permitindo substituir alguns componentes ou fazer a limpeza do filtro 20 e/ou do filtro 23. É essencial utilizar um dispositivo simples e fiável para que não haja uma interrupção acidental do caudal dos gases de combustão, sendo antes inserido na corrente desses gases com o intuito de não interferir no caso de haver uma interrupção de caudal na conduta; ver, por exemplo, a patente de invenção norte-americana n° 4 080 981; Stewart; Mar. 28, 1978; "Antisiphon check valve".

Uma vantagem da presente invenção reside no facto de ser bastante bem adequada para a conversão de sistemas tradicionais 16 de chaminés, uma vez que estas são montadas tipicamente por meio de segmentos rectilíneos de condutas compridas, com o objectivo de se obter uma chaminé que encaminha os gases de combustão para o exterior, especialmente na parte próxima do local de emissão e na parte da diluição atmosférica.

Uma outra vantagem da presente invenção reside no facto de o equipamento e o método referidos compreenderem um dispositivo capaz de repor as perdas de pressão com uma instalação mais simplificada. A utilização de um sistema centrífugo permite dispor de maiores aumentos de pressão através do extractor de fumos e permitir simultaneamente uma montagem ortogonal e axial com maior flexibilidade para o sistema.

Uma outra vantagem da presente invenção reside na adaptabilidade a qualquer posição de montagem ao longo da chaminé; como exemplo, é possível instalar o sistema dentro da unidade de aquecimento, inserindo o sistema catalisador e o filtro de partículas finas ou o separador cónico directamente na entrada ou dentro dos tubos recuperadores de calor, substituindo alguns ou a totalidade dos dispositivos que servem para melhorar as trocas de calor (frequentemente designados por "geradores de turbilhão").

No dispositivo da presente invenção agora descrito poder-se-ia instalar, de forma vantajosa, um dispositivo de sinalização para indicar a necessidade de manutenção ou uma avaria no sistema, podendo este aspecto ser concretizado ligando o dispositivo de sinalização na extremidade da conduta 4 ou próximo da extremidade 15.

Produziu-se um equipamento experimental modular de acordo com as características da presente invenção, constituído por: - um dispositivo catalisador pronto para instalar logo a seguir à conduta dos gases de combustão do aquecedor, - um filtro mecânico para recolher e queimar à superfície partículas com dimensões entre 0,8-1,2 mm, 17 - uma unidade de reaqueeimento do lado de fora e antes da entrada do catalisador, para pré-aquecimento do catalisador, - um compressor de palhetas para recuperar as perdas de pressão, um armário para o material eléctrico para medir e controlar a pressão e a temperatura numa secção específica da conduta dos gases de combustão.

Esta instalação foi construída de acordo com as normas UNI EN 304: 1994 "Caldaie per riscaldamento: regola di prova per caldaie con bruciatori di olio combustibile a polverizzazione" e para os componentes dos gases de combustão os testes foram executados de acordo com os métodos e preceitos da lista seguinte: UNICHIM 467, UNICHIM 542, UNICHIM 494, UNICHIM 543, D. M. 25/08/2000. 0 aquecedor de combustão tinha uma potência nominal de 35 kW a trabalhar com um queimador com um caudal máximo de combustível de 3 kg/h. A temperatura da água na saída era de 8 0°C com uma diferença de temperatura entre a entrada e a saída igual a 12°C. A temperatura da atmosfera envolvente era de cerca de 30°C e a temperatura do ar ambiente era de cerca de 29°C com um consumo de combustível de 2,265 kg/h. A pressão relativa ao ambiente na saída dos gases de combustão do aquecedor foi regulada, por meio do ventilador, para 2 0,1 Pa, com uma temperatura dos gases de combustão, à saída, de cerca de 140 °C e com uma temperatura dos gases de combustão, à entrada, de cerca de 296°C. A experiência durou cerca de 3 horas. O equipamento proporcionou as vantagens a seguir enumeradas, tendo sido regulado para uma redução máxima do teor em monóxido de carbono, graças à modularidade e ás regulações de funções: 18

Parâmetro Unidade de medida Entrada do dispositivo Saída do dispositivo Variações percentuais Partículas mg/Nm3 6,2 3,0 -51,6 Partículas < 10 pm PM 10 mg/Nm3 3,1 1,2 -61,3 Monóxido de carbono mg/Nm3 85,0 1,3 -98,5 Substâncias orgânicas (equivalência em carbono) mg/Nm3 19,8 6,4 -67,7 Óxidos de enxofre (equivalência em SO)2 mg/Nm3 20,2 9,7 -52,0 Óxidos de azoto (equivalência em NO) 2 mg/Nm3 100,6 58,5 -41,8

Lisboa,

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Método para reduzir e/ou eliminar poluentes no gases de combustão produzidos por geradores térmicos em edifícios habitacionais, compreendendo pelo menos uma câmara de combustão (5) e pelo menos uma chaminé para encaminhar os gases de combustão desde o interior da câmara de combustão até ao exterior da câmara de combustão, o qual compreende as fases seguintes: - regular a pressão dos referidos gases de combustão dentro de um intervalo de valores predefinidos, separar os poluentes gasosos existentes nos gases de combustão, - separar partículas poluentes através de um filtro de rede metálica, fios metálicos, fitas, enrolamentos ou materiais porosos que actuem mecanicamente para parar as partículas, - regular a temperatura dos elementos metálicos para um valor tal que seja desencadeada a combustão ou a decomposição de partículas ou poluentes existentes nos elementos básicos, caracterizado pelo facto de compreender as fases suplementares seguintes: - montar uma primeira e uma segunda condutas (18, 19) que irão ser ligadas em paralelo com a referida chaminé; encaminhar os gases de combustão para que passem alternadamente através da referida primeira conduta (18) ou da referida segunda conduta (19), decorrendo as referidas fases de regulação de pressão e temperatura e as fases de separação dos poluentes gasosos e sob a forma de partículas apenas na referida segunda conduta (19).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a referida fase de separação dos poluentes gasosos, 1 pelo menos no interior da referida secção da chaminé, ser efectuada através de um catalisador de três vias.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a referida fase de separação dos poluentes gasosos, pelo menos dentro da referida secção da chaminé, ser realizada por meio de um catalisador vulgarmente utilizado nos automóveis.
4. Método de acordo com uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo facto de o referido ajustamento de pressão, pelo menos numa secção da referida chaminé, dos gases de combustão, num intervalo de valores predefinidos, ser efectuado aumentando a pressão dos referidos gases de combustão.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o referido regulamento de pressão, pelo menos numa secção da referida chaminé, dos gases de combustão num intervalo de valores predefinido, ser efectuado utilizando um dispositivo de pressurização.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a referida fase de separação dos poluentes gasosos, pelo menos no interior da referida secção da chaminé, ser efectuada através de um volume de água capaz de gerar gases por decomposição química ou electrólise, decorrendo isso pelo menos numa secção da referida chaminé, introduzindo pelo menos um reagente químico ou um electrólito no referido volume de água.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de compreender uma fase suplementar que consiste em gerar hidrogénio no interior do referido volume de água, mediante a aplicação a esse volume de água de uma corrente eléctrica de 2 valor conveniente, sendo depois efectuada num catalisador a separação dos poluentes que reagem com os gases de combustão contendo hidrogénio.
8. Equipamento para reduzir e/ou eliminar poluentes nos gases de combustão de geradores térmicos (1) para edifícios habitacionais, o qual compreende pelo menos uma câmara de combustão (5) e pelo menos uma chaminé (2) capaz de encaminhar os referidos gases de combustão do interior para o exterior da câmara de combustão (5), possuindo um primeiro sistema (21, 24) para regular a pressão dos referidos gases de combustão num intervalo de valores predefinidos, um segundo sistema (23) para separar os poluentes gasosos e um terceiro sistema (20) para separar os poluentes sob a forma de pequenas partículas, compreendendo o referido terceiro sistema (20) um filtro de rede metálica, arames metálicos, fitas, enrolamentos ou materiais porosos que actuam mecanicamente para parar as partículas, caracterizado pelo facto de compreender uma primeira e uma segunda condutas (19, 19) que irão ser ligadas em paralelo com a referida chaminé (2) e caracterizado pelo facto de o referido primeiro sistema compreender um regulador de caudal (24) que serve para fazer com que os gases de combustão passem alternadamente através da primeira conduta (18) ou da segunda conduta (19), estando o referido segundo sistema (23) e o referido terceiro sistema (20) montados na referida segunda conduta (19).
9. Equipamento de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de o referido segundo sistema (23) compreender um catalisador de três vias.
10. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo facto de o referido segundo sistema (23) 3 compreender um volume de água capaz de gerar gases mediante a decomposição química ou electrólise que decorrem pelo menos numa secção da referida chaminé, introduzindo pelo menos um reagente químico ou um electrólito no referido volume de água.
11. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8, 9 ou 10, caracterizado pelo facto de o referido terceiro sistema (20) realizar um aumento de pressão dos referidos gases de combustão.
12. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8, 9,10 ou 11, caracterizado pelo facto de o referido segundo sistema (23) compreender um catalisador do tipo vulgarmente utilizado na indústria automóvel.
13. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo facto de o referido primeiro sistema (21, 24) compreender uma unidade de pressurização.
14. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo facto de o referido primeiro sistema (21, 24), o referido segundo sistema (23) e o referido terceiro sistema (20) poderem ser montados independentemente em qualquer posição ao longo da referida chaminé.
15. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo facto de o referido primeiro sistema (21, 24) , o referido segundo sistema (23) e o referido terceiro sistema (20) serem modulares.
16. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8 a 15, caracterizado pelo facto de o referido primeiro sistema (21, 4 24) , o referido segundo sistema (23) e o referido terceiro sistema (20) serem funcionalmente independentes entre si.
17. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8 a 16, caracterizado pelo facto de compreender uma unidade (25) de comando eléctrico do referido primeiro sistema (21, 24), do referido segundo sistema (23) e do referido terceiro sistema (20) .
18. Equipamento de acordo com uma das reivindicações 8 a 17, caracterizado pelo facto de compreender um dispositivo de sinalização capaz de assinalar avarias do referido primeiro sistema (21, 24), do referido segundo sistema (23) ou do referido terceiro sistema (20). Lisboa, 1 ? MAR. 2008 5